FI119669B - Voltage pulse limitation - Google Patents
Voltage pulse limitation Download PDFInfo
- Publication number
- FI119669B FI119669B FI20070493A FI20070493A FI119669B FI 119669 B FI119669 B FI 119669B FI 20070493 A FI20070493 A FI 20070493A FI 20070493 A FI20070493 A FI 20070493A FI 119669 B FI119669 B FI 119669B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- voltage
- output voltage
- micropulses
- state
- arrangement according
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
- H02M1/084—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters using a control circuit common to several phases of a multi-phase system
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
- H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
- H02M7/53873—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
- H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Description
JÄNNITEPULSSIN RAJOITUSVOLTAGE PULSE LIMIT
Tekniikan ala 5 Tämän keksinnön kohteena on järjestely PVVM-taajuusmuuttajan muodostamien lähtöjännitepulssien ja erityisesti niiden nousu- ja laskureunojen ohjaamiseksi.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an arrangement for controlling output voltage pulses generated by a PVVM frequency converter, and in particular their rising and falling edges.
Tunnettu tekniikka 10Prior Art 10
Taajuusmuuttaja muodostaa tunnetusti kiinteätaajuisesta syöttö-jännitteestä muuttuvasuuruisen ja -taajuisen lähtöjännitteen joka vastaa siihen liitetyn moottorin haluttua toimintapistettä. Yleisimmäksi taajuusmuuttaja-tyypiksi on vakiintunut ns. PWM-taajuusmuuttaja, jossa syöttöverkon jännite 15 aluksi tasasuunnataan ja suodatetaan vakiosuuruiseksi välipiirin tasajännitteek-si, josta sitten muodostetaan nopeilla tehopuolijohdekytkimillä haluttu lähtöjänni-te (kuvio 1). LähtÖjännite koostuu ko. vakiotasajännitteen kokoisista pulsseista, joiden lukumäärää ja leveyttä ohjataan siten, että lähtöjännitteen perusaallon amplitudi ja taajuus on haluttu (PWM = Pulse Width Modulation).The frequency converter is known to generate a variable frequency frequency output voltage from a fixed frequency supply voltage which corresponds to the desired operating point of the motor connected to it. The most common type of frequency converter is the so-called. A PWM frequency converter, in which the supply network voltage 15 is first rectified and filtered to a constant DC link voltage, which is then formed by high power semiconductor switches to produce the desired output voltage (Fig. 1). The output voltage consists of the current. pulses of constant constant voltage, the number and width of which are controlled so that the amplitude and frequency of the base wave of the output voltage are desired (PWM = Pulse Width Modulation).
20 Tehopuolijohdekytkinten häviöiden minimoimiseksi niitä ohjataan yleensä siten, että päälle- ja pois-ohjaukset tapahtuvat mahdollisimman nopeasti. Tämä merkitsee käytännössä sitä että lähtöjännitepulssien nousu- ja laskureunojen jyrkkyys, eli jännitteen muutosnopeus dv/dt, on hyvin suuri ja riippuvainen käytetyn tehopuolijohteen yksilökohtaisista ominaisuuksista.20 In order to minimize the losses of the power semiconductor switches, they are usually controlled so that the on and off controls are performed as quickly as possible. In practice, this means that the steepness of the rising and falling edges of the output voltage pulses, i.e. the voltage change rate dv / dt, is very large and depends on the individual characteristics of the power semiconductor used.
25 Suurella jännitepulssin muutosnopeudella on tunnetusti negatiivisia vaikutuksia moottorin käämitykseen sekä lyhyellä että pitkällä moottorikaapelil-la: 1) Mitä lyhyempi on jännitteen nousureunan kestoaika, sitä suurempi osuus jänniteaskeleen rasituksesta kohdistuu käämityksen ensimmäiselle 30 kierrokselle (kts. esim. IEC:n Technical Specification TS 60034-25, kuvio 12).25 High voltage pulse change rate is known to have negative effects on motor winding for both short and long motor cables: 1) The shorter the voltage rise edge duration, the greater the voltage step stress applied to the first 30 cycles of the winding (see eg IEC Spec. 25, Figure 12).
2) Tunnetun siirtojohtoteorian mukaisesti jännitepulssi kulkee kaapelia pitkin äärellisellä nopeudella (noin 50% valon nopeudesta), ja kaapelin ja moottorin aaltoimpedanssien suhteen määräämä osa pulssista heijastuu liitän-täpisteestä takaisin. Sopivan pituisella kaapelilla heijastumisilmiön vuoksi moot- 35 torin näkemä korkein jännitepulssi voi olla jopa kaksinkertainen verrattuna taajuusmuuttajan lähettämään jännitepulssiin (kts. esim. Transient Effects in Application of PWM Inverters to Induction Motors / Erik Persson / IEEE Transactions of Industry Applications, vol. 28 no 5, September/October 1992). Kriittinen kaa- 2 pelin pituus, jonka päässä täysimittainen heijastuma esiintyy, riippuu jännite- pulssin nousureunan kestoajasta; mitä nopeampi muutos sitä lyhyemmällä kaapelilla täysi heijastuma esiintyy. Esimerkiksi tehokytkimenä yleisesti käytettyjen IGBT-transistorien kytkentäajat ovat luokkaa 0,1ps, jolla kriittinen kaapelinpituus 5 on noin 30m.2) According to known transmission line theory, the voltage pulse travels along the cable at a finite speed (about 50% of the speed of light), and the portion of the pulse determined by the cable and motor wave impedances is reflected back from the connection point. Due to the reflection phenomenon of a suitable length of cable, the highest voltage pulse seen by the motor can be up to twice as high as the voltage pulse transmitted by the drive (see, e.g., Transient Effects in PWM Inverters to Erik Persson / IEEE Transactions of Industry Applications, vol. , September / October 1992). The critical length of the cable game at which full-scale reflection occurs depends on the duration of the rising edge of the voltage pulse; the faster the change, the shorter the cable, full reflection occurs. For example, IGBT transistors commonly used as power switches have switching times of the order of 0.1ps, with a critical cable length 5 of about 30m.
Moottorin käämieristeiden kannalta jyrkkäreunaiset ja korkeat jän n i-tepulssit ovat vaarallisia, minkä vuoksi on yleistä käyttää passiivisilla komponenteilla (induktanssi, kapasitanssi, resistanssi) toteutettuja suodattimia taajuusmuuttajan ja moottorin välissä erityisesti suurilla jännitteillä toimittaessa, 10 jossa ongelma on pahin. Yleisiä ovat esim. dv/dt-suodattimet, joilla jännitepuls-sin reunojen kestoaikaa ja sitäkautta kriittistä kaapelinpituutta pidennetään, ja sinisuodattimet, joilla pulssimainen jännitekuvio suodatetaan lähes sinimuotoiseksi heijastumaongelman täydelliseksi eliminoimiseksi. Esimerkki tunnetusta suodattimen kytkennästä on esitetty kuviossa 1 (ilman vaimennusvastuksia, 15 joita käytetään estämään suodattimen resonanssi-värähtelyitä). Suodattimen induktanssi- ja kapasitanssiarvojen suuruudella voi vaikuttaa siihen, toimiiko suodatin dv/dt- vai sinisuodattimena.From the point of view of motor winding insulations, sharp edges and high voltage pulses are dangerous, which is why it is common to use filters implemented with passive components (inductance, capacitance, resistance) between the drive and the motor especially at high voltages 10 where the problem is worst. Common are e.g. dv / dt filters, which extend the duration of the voltage pulse edges and thereby the critical cable length, and sinusoidal filters, which filter the pulsed voltage pattern to almost sinusoid to completely eliminate the reflection problem. An example of a known filter coupling is shown in Fig. 1 (without damping resistors used to prevent filter resonance oscillations). The size of the filter inductance and capacitance values can influence whether the filter functions as a dv / dt or sinusoidal filter.
Ongelma suodattimia käytettäessä on niiden kustannus, koko ja paino. Erityisesti sinisuodattimet ovat hyvin suurikokoisia ja kalliita.The problem with using filters is their cost, size and weight. In particular, sinter filters are very large and expensive.
2020
Keksinnön yhteenveto Tämän keksinnön mukaisella ratkaisulla voidaan tunnetun tekniikan 25 mukaiset ongelmat välttää aikaansaamalla hallittu lähtöjännitepulssin nousu-reunan muutosnopeus ilman suuria ja kalliita suodattimia.SUMMARY OF THE INVENTION The solution of the present invention avoids the problems of the prior art by providing a controlled rate of change of the rising edge of the output voltage pulse without the use of large and expensive filters.
Keksinnössä PWM-taajuusmuuttajan muodostamien lähtöjännite-pulssien nousu- ja laskureunoja muokataan, edullisesti jännitepulssien muutosnopeuden ja jänniteaskeleen korkeuden alentamiseksi. Tällainen lähtöjännite-30 pulssien loiventaminen vaikuttaa vastaavasti myös moottorin navoissa näkyviin jännitepulsseihin, mikä puolestaan alentavaa moottorin käämieristeisiin kohdistuvaa rasitusta ja sitä kautta pidentää moottorin elinikää.In the invention, the rise and fall edges of the output voltage pulses generated by the PWM drive are modified, preferably to reduce the rate of change of voltage pulses and the height of the voltage step. Similarly, such pulse suppression of the output voltage-30 pulses also affects the voltage pulses seen at the motor terminals, which in turn reduces the stress on the motor winding insulation and thereby extends the motor life.
Ratkaisu perustuu siihen, että jännitepulssin reunalla, sensijaan että ohjattaisiin tehokytkin perinteiseen tapaan kerralla johtavaksi, se ohjataankin 35 muutaman ps:n aikana vuorotellen johtavaksi ja johtamattomaksi. Näinollen perinteinen yksinkertainen pulssinreuna muuttuukin vähintään yhdeksi, edullisesti useaksi ns. mikropulssiksi, joiden leveyttä ohjataan kasvamaan kohti kytkimen lopullista tilaa.The solution is based on the fact that at the edge of the voltage pulse, instead of controlling the power switch in the conventional way to be conductive at one time, it is controlled over a period of 35 ps alternately conductive and non-conductive. Thus, the traditional simple pulse edge becomes at least one, preferably several, so-called. micropulses, the width of which is directed to increase towards the final state of the switch.
33
Lisäksi keksinnön mukaiseen ratkaisuun voi kuulua pieni passiivi-komponentteja sisältävä suodatin jolla mikropulsslen jännite suodatetaan lopulliseksi taajuusmuuttajan lähtöjännitteeksi, jonka muutosnopeutta voidaan ohjata 5 halutulla tavalla lähes portaattomasti mikropulssien lukumäärää ja pulssinleve-yttä ohjaamalla.In addition, the solution of the invention may include a small filter containing passive components for filtering the voltage of the micropulse to a final output voltage of the frequency converter whose rate of change can be controlled in a desired manner almost infinitely by controlling the number of micropulses and pulse width.
Yksityiskohtaisesti keksinnön tunnusomaiset piirteet on esitetty itsenäisissä patenttivaatimuksissa ja edullisia sovellutusmuotoja muissa patenttivaatimuksissa.Detailed features of the invention are set forth in the independent claims and preferred embodiments in the other claims.
10 Keksinnön mukainen ohjaus edellyttää hyvin nopeita tehokytkimiä, jollaisia ovat esim. tehofetit (tehokanavatransistorit) ja ns. piikarbiditekniikalla (SiC) toteutetut IGBT-transistorit ja diodit.The control according to the invention requires very fast power switches such as, for example, power fets (power channel transistors) and so-called power transistors. silicon carbide (SiC) IGBT transistors and diodes.
Tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna keksinnön mukainen ratkaisu alentaa laitteiston kustannuksia, kokoa ja painoa silloin kun moottorin näkemien 15 jännitepulssien jyrkkyyttä ja/tai korkeutta on edullista rajoittaa. Keksinnön vaatiman passiivisen suodattimen komponentit ovat hyvin pieniä verrattuna perinteisiin suodattimiin. Lisäksi keksinnön mukainen toteutus mahdollistaa lähtö-jännitepulssin muutosnopeuden asettelun halutuksi tapauskohtaisesti, pelkästään ohjelmallisin keinoin mikropulssien lukumäärän ja leveyksien kautta, ilman 20 vaikutusta ulkoisen passiivisen suodattimen komponenttiarvoihin.Compared to known solutions, the solution of the invention reduces the cost, size and weight of the apparatus where it is advantageous to limit the steepness and / or height of the voltage pulses seen by the motor. The components of the passive filter required by the invention are very small compared to conventional filters. Further, the embodiment of the invention enables the output voltage pulse change rate to be set on a case-by-case basis, purely by programmatic means, through the number and widths of the micropulses, without affecting the component values of the external passive filter.
Piirustusten lyhyt kuvausBrief Description of the Drawings
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerk-25 kien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissaThe invention will now be described in more detail by way of Examples-25, with reference to the accompanying drawings, in which:
Kuvio 1 esittää taajuusmuuttajan pääpiiriä ja suodatinta,Figure 1 shows the main circuit and filter of the drive,
Kuvio 2 esittää taajuusmuuttajan modulointiaFigure 2 shows the modulation of the frequency converter
Kuvio 3 esittää jännitepulsseja taajuusmuuttajan lähtöliittimissä ja moottorin tuloliittimissä, 30 Kuvio 4 esittää lähtöjännitteen pulssikuvioita perinteisellä ja uudella ohjaustavalla,Figure 3 shows the voltage pulses at the drive output terminals and the motor input terminals; Figure 4 shows the output voltage pulse patterns in the conventional and novel control mode,
Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen ratkaisun suodatinta,Figure 5 shows a filter of the solution according to the invention,
Kuvio 6 esittää lähtöjännitteen pulssinreunan suodatusta, jaFigure 6 shows pulse-edge filtering of the output voltage, and
Kuvio 7 esittää jännitepulssin reunoja taajuusmuuttajan lähtö-35 liittimissä ja moottorin tuloliittimissä keksinnön mukaisella ratkaisulla.Fig. 7 shows the edges of a voltage pulse at the output 35 terminals of the frequency converter and at the motor input terminals according to the solution of the invention.
44
Keksinnön yksityiskohtainen kuvausDetailed Description of the Invention
Kuviossa 1 on esimerkki normaalin kolmivaiheisen PWM-taajuusmuuttajan pääpiiristä, jossa on kolmivaiheinen syöttöjännite R, S, T, AC-5 kuristin Lac verkkovirran yliaaltojen rajoittamiseksi, diodeista D11 - D16 koostuva verkkosilta 10 syöttöverkon kolmivaiheisen vaihtojännitteen tasasuuntaa-miseksi tasajännitevälipiirin tasajännitteeksi Uoc jota suodatetaan suotokonden-saattorilla CDc, kolmesta tehopuolijohdekomponenteilla toteutetusta vaihekytki-mestä koostuva kuormasilta 11, joka muodostaa välipiirin tasajännitteestä kol-10 mivaiheisen lähtöjännitteen U, V, W moottorin M ohjaamiseksi, sekä ohjausyksikkö 12. Nykyaikaisissa taajuusmuuttajissa vaihekytkimet toteutetaan useimmiten kuvion esimerkin mukaisesti IGBT-transistoreilla Q21-Q26, joiden rinnalle on kytketty ns. nolladiodit D21-D26. Vaihekytkin tarkoittaa yhden lähtövaiheen ohjaamiseksi tarvittavia komponentteja ohjauspiireineen, esim. U-15 vaihekytkimeen kuuluvat Q21, Q24, D21 ja D24. Lisäksi kuvioon on piirretty suodatin 13, johon kuuluu ainakin vaihekohtaiset induktanssit L ja kapasitanssit C, sekä esimerkiksi induktanssien rinnalle kytketyt vaimennusvastukset, joita kuvioon ei kuitenkaan ole piirretty. Induktanssi-ja kapasitanssiarvojen mitoituksella voidaan vaikuttaa siihen, onko kyseessä dv/dt-suodatin (pienemmät kom-20 ponenttiarvot) vai sinisuodatin (suuremmat komponenttiarvot).Fig. 1 shows an example of a main circuit of a standard three-phase PWM frequency converter having a three-phase supply voltage R, S, T, AC-5 for a choke Lac for limiting mains current, to converting the supply a capacitor CDc, a load bridge 11 consisting of three phase switches implemented with power semiconductor components, which provides an intermediate circuit for directing a three-phase output voltage U, V, W for controlling motor M, and a control unit 12. In modern frequency converters with the so-called. zero diodes D21-D26. A phase switch refers to the components needed to control a single output phase with a control circuit, e.g., the U-15 phase switch includes Q21, Q24, D21 and D24. In addition, a filter 13 is shown which includes at least phase-specific inductances L and capacitances C, as well as, for example, damping resistors coupled to the inductances but not shown in the figure. The dimensioning of the inductance and capacitance values can influence whether it is a dv / dt filter (smaller component values) or a sinusoidal filter (higher component values).
Kuormasillan kytkinten ohjauspulssikuviot muodostetaan ohjausyksikön ns. modulaattorissa. Kuviossa 2 on esimerkki eräästä tunnetusta modu-laattorityypistä, sinikolmiomodulaattorista. Siinä vaihekohtaisia siniaaltoja UUref. 25 Uvref, Uwref verrataan yhteiseen kolmioaaltoon UA ja vertailun tuloksena saadaan vaihekohtaiset kytkinohjaukset, joissa esim. signaalin U yläasento vastaa sitä, että vaihekytkimen U ylähaaran tehokytkin ohjataan johtavaksi ja ala-asento sitä, että alahaaran tehokytkin ohjataan johtavaksi. Kytkinohjausten signaalitaa-juutta nimitetään kytkentätaajuudeksi, joka nykyaikaisissa IGBT-transistoreilla 30 toteutetuissa taajuusmuuttajissa vaihtelee tyypillisesti välillä 1...16 kHz.The control pulse patterns of the load bridge switches are formed by the so-called control unit. modulator. Figure 2 shows an example of a known type of modulator, a blue triangle modulator. It contains phase-specific sine waves UUref. 25 Uvref, Uwref are compared to a common triangular wave UA and the result of the comparison is phase-specific switch control, where, for example, the upper position of the signal U corresponds to controlling the top switch of the phase switch U and conducting The signal frequency of the switch controllers is called the switching frequency, which typically varies between 1 and 16 kHz in frequency converters implemented with modern IGBT transistors 30.
Kuviossa 3 on esitetty millainen on heijastumisilmiön vaikutus moottorin jännitteeseen ilman suodatinta. Uuv(i) esittää U- ja V-vaiheiden välisen jännitteen periaatteellista käyrämuotoa taajuusmuuttajan lähtöliittimissä, ja 35 vastaavasti Uuv(M> samojen vaiheiden välistä jännitettä kaapelin toisessa päässä moottorin liitäntäpisteessä. Kuviossa taajuusmuuttajan lähtöjännite muuttuu ajanhetkien ti ja tz välillä välipiirijännitteen Udc kokoisen askeleen verran. Vastaava jännitemuutos moottorin päässä tapahtuu kaapelin etenemisviiveen ver- 5 ran myöhemmin. Heijastusilmiön vuoksi jännitepulssin etureunalla tapahtuu maksimiylitys U0s, joka riippuu kaapelinpituudesta sekä kaapelin ja moottorin aaltoimpedanssien suhteesta. Jännitepulssin eturaunalla jännite värähtelee mm. kaapelin pituudesta riippuvalla taajuudella, ja värähtely vaimenee hiljalleen 5 häviöiden ansiosta kunnes moottorin jännite lopulta tasaantuu samaksi kuin syöttöjännite taajuusmuuttajan lähdössä.Figure 3 shows the effect of the reflection phenomenon on the motor voltage without the filter. Uuv (i) represents the principal curve shape of the voltage between the U and V phases at the drive output terminals, and 35 respectively the voltage between the same phases at the other end of the cable at the motor connection point. Due to the reflection phenomenon, a maximum crossing U0s occurs at the leading edge of the voltage pulse, which depends on the cable length and the ratio of the cable impedance to the motor wave impedance. the motor voltage eventually stabilizes to the same as the supply voltage at the drive output.
Kuviossa 4 on esitetty kuinka tämän keksinnön mukainen tehopuo-lijohteiden ohjaus eroaa perinteisestä ohjauksesta. Uold on modulaattorin tuot-10 tama U-vaiheen pulssikuvio (vrt. kuvio 2), jonka mukaisesti tunnetun tekniikan mukaisesti suoraan ohjataan U-vaiheen ylähaaran (Uu(old)) ja alahaaran (Ul(old)) tehokytkimiä. Kytkinten ohjausprosessiin kuuluu tunnetusti myös ns. kuollut aika tD, jonka aikana kumpaakaan kytkintä ei ohjata.Figure 4 illustrates how the power semiconductor control of the present invention differs from conventional control. Uold is a U-phase pulse pattern produced by the modulator (cf. Figure 2), according to which prior art direct control of the U-phase (Uu (old)) and lower (Ula (old)) phase switches is directly controlled. As is known, the switch control process also includes so-called. dead time tD during which neither switch is controlled.
Unew on tämän keksinnön ohjaustavan mukainen pulssikuvio, jossa 15 modulaattorin tuottaman pulssikuvion muutoskohtiin lisätään ylimääräisiä kytkentöjä (mikropulsseja) kuvion mukaisella aikavälillä tM, jonka aikavälin pituus voi muuttua sen mukaan millainen on lähtöjännitteen haluttu muutosnopeus. Lisa kytkentöjen pulssisuhde, silloin kun niitä on useita, on edullista sovittaa muuttumaan esim. lineaarisesti kohti lopullista tilaa (esimerkiksi välittömästi 20 ajanhetken t-i jälkeen ohjaussignaali Uu(new> on suurimman osan ajasta "V-asennossa, kun taas aikaviiveen tM loppuvaiheessa se on suurimman osan ajasta ”0’’-asennossa). Mikropulsseja käytetään vain sen tehokytkimen ohjauksessa, jolla on vaikutusta lähtöjännitteen tilaan. Esimerkiksi jos kuvion 4 tilanteessa ajanhetkellä ti U-vaiheen lähtövirta kulkee moottoriin päin, käytetään 25 mikropulsseja vain ylähaaran tehokytkimen ohjauksessa (koska alahaarassa virta kulkee nolladiodin kautta jolloin diodin rinnalla olevan tehokytkimen ohjaamisella ei ole vaikutusta lähtöjännitteen tilaan). Vastaavasti jos U-vaiheen virta ajanhetkellä t2 kulkee taajuusmuuttajaan päin, käytetään mikropulsseja vain alahaaran tehokytkimen ohjauksessa. Mikropulssien käyttäminen lisää tehokyt-30 kinten kytkentätaajuutta ja siitä johtuvia häviöitä, minkä vuoksi pulssien käyttäminen on käytännössä mahdollista vain hyvin nopeilla tehokytkimillä. Yksittäisen mikropulssin ajallinen kesto on lyhyt, tyypillisesti alle 1 ps.Unew is a pulse pattern according to the control method of the present invention, in which additional switches (micropulses) are added to the change points of the pulse pattern produced by the modulator at the time interval tM shown in the figure, which may vary in length according to the desired It is advantageous to adjust the pulse ratio of the Lisa circuits, when there are several, for example linearly towards the final state (e.g. immediately after 20 times t, the control signal Uu (new> is most of the time in the "V" position; micropulses are used only to control the power switch which affects the output voltage state, for example, if in the situation of Fig. 4, at time ti the U-phase output current is directed towards the motor, 25 micropulses are only used to control the upstream power switch. Similarly, if the U-phase current at time t2 passes to the drive, the micropulses are only used to control the downstream power switch.Using the micropulses increases the switching frequencies of the power switches. and the resulting losses, which is why the use of pulses is practically possible only with very fast power switches. The duration of a single micropulse is short, typically less than 1 ps.
Kuviossa 5 on esitetty eräs mahdollisuus keksinnön yhteydessä 35 käytettävän suodattimen FILTER toteutukseen (mahdollisesti tarvittavat vai-mennusvastukset on yksinkertaisuuden vuoksi jätetty kuviosta pois). Kuvioon on piirretty myös vaihekohtaiset kuristimet L2, jotka edustavat kaikkia sellaisia tehoasteen mekaanisesta toteutuksesta johtuvia hajainduktansseja, joilla on 6 merkitystä suodattimen kannalta (esim. taajuusmuuttajan sisäinen osa lähtö-kaapelointia). I_2 voi olla myös erillinen komponentti, mikäli suodattimen induktanssiako sitä vaatii. Mikropulssien aikana suodattimen kondensaattorit Ci latautuvat vähitellen kohti lopullista jännitettä kuristinten Li ja l_2 rajoittaessa 5 latausvirtapulssien suuruutta. Kuristinten Li läpi kulkee vain lyhyitä virtapulsse-ja mikropulssien aikana, joten niiden mitoitus voi olla huomattavasti kevyempi kuin esim. kuvion 1 mukaisessa suodattimessa, jossa täysi moottorivirta kulkee kuristinten kautta.Figure 5 illustrates one embodiment of the filter FILTER used in connection with the invention (any damping resistors that may be required are omitted for simplicity). Also shown in the figure are phase-specific inductors L2, which represent all such stray inductances due to the mechanical implementation of the power stage, which have 6 implications for the filter (e.g., the internal part of the drive for output cabling). I_2 can also be a separate component if required by the filter inductance. During the micropulses, the filter capacitors Ci gradually charge towards the final voltage, with the capacitors Li and l_2 limiting to 5 the magnitude of the charging current pulses. Only short current pulses and micropulses pass through the inductors L1, so their dimensioning can be considerably lighter than, for example, in the filter of Fig. 1, where full motor current passes through the inductors.
-10 Kuviossa 6 on esimerkki lähtöjännitteen muodostumisesta, kun käytetään kahta mikropulssia kuvion 5 mukaisella suodatinjärjestelyllä. Suodatettu lähtöjännite Uuv(F) kasvaa kohti lopullista arvoaan sitä mukaa kuin taajuusmuuttajan tehokytkinten muodostaman jännitteen Uuv(i) mikropulssien leveydet kasvavat. Kytkentähetkillä lähtöjännitteessä näkyy Li:n ja L2:n induk-15 tanssiarvojen määräämän jännitejaon askelmainen vaikutus. Koska suodatin on LC-tyyppinen, lähtöjännitteen huippuarvo on hieman välipiirin jännitettä Udc korkeampi. Kuvioon piirretty suora du/dt esittää keskimääräistä lähtöjännitteen nousunopeutta, joka voidaan asetella halutuksi mikropulssien keston ja pulssin-leveyden ohjauksen kautta. Huomattakoon että mikropulsseja voi olla vain yksi, 20 jolloin sen pituus on edullista sovittaa sellaiseksi että pulssin aikana lähtöjännite nousee yli 50% lopullisesta arvosta.-10 Figure 6 shows an example of the output voltage formation when using two micropulses with the filter arrangement of Figure 5. The filtered output voltage Uuv (F) increases towards its final value as the micropulse widths of the voltage Uuv (i) formed by the drive power switches increase. At the switching moment, the output voltage shows the stepwise effect of the voltage distribution determined by the inductance values of L1 and L2. Because the filter is of the LC type, the peak value of the output voltage is slightly higher than the intermediate circuit voltage Udc. The direct du / dt plotted in the figure shows the average output voltage rise rate, which can be set as desired through control of micropulse duration and pulse-width. Note that there can only be one micropulse, so it is advantageous to adjust its length so that the output voltage rises above 50% of the final value during the pulse.
Kuviosta 7 ilmenevät periaatteelliset jännitteen käyrämuodot kaapelin taajuusmuuttajan (Uuv(F)) ja moottorin (Uuv(m) puoleisessa päässä. Koska 25 taajuusmuuttajan lähtöjännite nousee täyteen arvoonsa loivasti askeltaen, ja heijastumisilmiö kasvattaa vain yhden jänniteaskeleen korkeutta kerrallaan, jää moottorin näkemä jännitehuippu alhaisemmaksi kuin perinteisessä, kuvion 3 mukaisessa tilanteessa.Figure 7 shows the principal voltage waveforms at the end of the cable frequency converter (Uuv (F)) and motor (Uuv (m). , in the situation of Figure 3.
30 Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyyn esimerkkiin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.It will be apparent to one skilled in the art that various embodiments of the invention are not limited to the example above, but may vary within the scope of the following claims.
Claims (12)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20070493A FI119669B (en) | 2007-06-20 | 2007-06-20 | Voltage pulse limitation |
| EP08075493.0A EP2020742B1 (en) | 2007-06-20 | 2008-05-19 | Limitation of voltage pulse in a PWM frequency converter |
| US12/153,860 US8228698B2 (en) | 2007-06-20 | 2008-05-27 | Frequency converter voltage pulse shaping device and method |
| CN200810127133.XA CN101330259B (en) | 2007-06-20 | 2008-06-19 | Limitation of voltage pulse |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20070493 | 2007-06-20 | ||
| FI20070493A FI119669B (en) | 2007-06-20 | 2007-06-20 | Voltage pulse limitation |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20070493A0 FI20070493A0 (en) | 2007-06-20 |
| FI20070493A FI20070493A (en) | 2008-12-21 |
| FI119669B true FI119669B (en) | 2009-01-30 |
Family
ID=38212348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20070493A FI119669B (en) | 2007-06-20 | 2007-06-20 | Voltage pulse limitation |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8228698B2 (en) |
| EP (1) | EP2020742B1 (en) |
| CN (1) | CN101330259B (en) |
| FI (1) | FI119669B (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK178199B1 (en) * | 2013-10-23 | 2015-08-03 | Wind Solutions As Kk | Method for controlling the shape of the rising and falling edges of an output voltage pulse of a PWM converter |
| US9680376B2 (en) * | 2014-02-28 | 2017-06-13 | Cree, Inc. | Power conversion electronics having conversion and inverter circuitry |
| US9461547B2 (en) | 2014-03-07 | 2016-10-04 | Cree, Inc. | Converter circuitry |
| EP3001553A1 (en) * | 2014-09-25 | 2016-03-30 | ABB Oy | Electric assembly |
| EP3410589B1 (en) * | 2017-05-29 | 2019-09-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Inverter, device with such an inverter, system and method for controlling a controllable energy source |
| IL278835B (en) | 2020-11-19 | 2022-01-01 | Visic Tech Ltd | Dynamic slew rate controller |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4067057A (en) * | 1976-06-25 | 1978-01-03 | Pacific Electronic Enterprises Inc. | DC to AC switching converter |
| US4605999A (en) * | 1985-03-11 | 1986-08-12 | At&T Bell Laboratories | Self-oscillating high frequency power converter |
| JPH0458790A (en) * | 1990-06-28 | 1992-02-25 | Toshiba Corp | Step motor driver |
| US5633790A (en) | 1995-01-18 | 1997-05-27 | Eaton Corporation | DV/DT limiting of inverter output voltage |
| US6163019A (en) * | 1999-03-05 | 2000-12-19 | Abb Metallurgy | Resonant frequency induction furnace system using capacitive voltage division |
| ATE268072T1 (en) * | 1999-09-01 | 2004-06-15 | Ramachandran Ramarathnam | ENGINE CONTROLLER FOR DIFFERENT SPEEDS |
| DE10020137A1 (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-25 | Daimler Chrysler Ag | Feedback of energy arising in power converter to capacitor for return to power source, employs controlled semiconductor operating under no-load condition |
| EP1306903A4 (en) * | 2000-07-28 | 2005-02-09 | Sumitomo Electric Industries | Inverter |
| US6541933B1 (en) * | 2001-11-20 | 2003-04-01 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Angle control of modulating wave to reduce reflected wave overvoltage transients |
| US6603675B1 (en) * | 2002-01-17 | 2003-08-05 | Abb Ab | Apparatus and a method for voltage conversion |
| JP4585772B2 (en) * | 2004-02-06 | 2010-11-24 | 関西電力株式会社 | High breakdown voltage wide gap semiconductor device and power device |
| FR2867915B1 (en) * | 2004-03-22 | 2006-04-21 | Schneider Electric Ind Sas | DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING A CONVERTER AND CONVERTER AND ELECTRICAL INSTALLATION COMPRISING SUCH A DEVICE |
| US7164254B2 (en) * | 2005-02-28 | 2007-01-16 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Modulation methods and apparatus for reducing common mode voltages |
-
2007
- 2007-06-20 FI FI20070493A patent/FI119669B/en active IP Right Review Request
-
2008
- 2008-05-19 EP EP08075493.0A patent/EP2020742B1/en active Active
- 2008-05-27 US US12/153,860 patent/US8228698B2/en active Active
- 2008-06-19 CN CN200810127133.XA patent/CN101330259B/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI20070493A0 (en) | 2007-06-20 |
| EP2020742A2 (en) | 2009-02-04 |
| CN101330259A (en) | 2008-12-24 |
| CN101330259B (en) | 2015-07-22 |
| EP2020742A3 (en) | 2017-02-08 |
| US20080316780A1 (en) | 2008-12-25 |
| US8228698B2 (en) | 2012-07-24 |
| FI20070493A (en) | 2008-12-21 |
| EP2020742B1 (en) | 2020-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dai et al. | Comparative investigation of PWM current-source inverters for future machine drives using high-frequency wide-bandgap power switches | |
| FI119669B (en) | Voltage pulse limitation | |
| Zare et al. | Electromagnetic interference issues of power, electronics systems with wide band gap, semiconductor devices | |
| US9843266B2 (en) | Method for damping resonant component of common-mode current of multi-phase power converter | |
| Naumanen et al. | Mitigation of high du/dt-originated motor overvoltages in multilevel inverter drives | |
| Zhang et al. | A low-loss compact reflected wave canceller for SiC motor drives | |
| JP4673648B2 (en) | Converter control apparatus and method, and converter and electric apparatus having the apparatus | |
| Diab et al. | A quasi-three-level PWM scheme to combat motor overvoltage in SiC-based single-phase drives | |
| Acharya et al. | Design of output dv/dt filter for motor drives | |
| Kim et al. | An analytical design strategy and implementation of a dv/dt filter for WBG devices based high speed machine drives | |
| Zhou et al. | Mitigation of motor overvoltage in SiC-device-based drives using a soft-switching inverter | |
| Zhong et al. | Transient modeling and analysis of motor terminal voltage on PWM inverter-fed AC motor drives | |
| Bertoldi et al. | Quasi-two-level converter operation strategy for overvoltage mitigation in long cable applications | |
| Vadstrup et al. | LC filter design for wide band gap device based adjustable speed drives | |
| CN111564969A (en) | Inverter common-mode electromagnetic interference noise suppression method and system | |
| JP2003209973A (en) | Power converter | |
| Trung et al. | Design challenges for 13.56 MHz 10 kW resonant inverter for wireless power transfer systems | |
| Diao et al. | A modular and performance-tunable silicon carbide half-bridge building block with digital gate driver | |
| Strom et al. | Active du/dt filtering for variable-speed AC drives | |
| Korhonen et al. | Control of an inverter output active du/dt filtering method | |
| Naumanen et al. | Multilevel modulation method for mitigation of high du/dt-originated oscillating overvoltages at motor terminals | |
| US10910983B2 (en) | Method for adjusting an inverter connected to an electric motor via a du/dt filter | |
| Karami et al. | Comparison of three-level and two-level converters for AFE application | |
| Hongfei et al. | Research of inverter output filters for PWM drives | |
| CN110138248B (en) | Surge voltage suppression device, power conversion device, and multiphase motor drive device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MD | Opposition filed |
Opponent name: ABB OY |
|
| RF | Appeal filed | ||
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: VACON OY |